军事科学院徐馥芳:要有勇闯科技“无人区”的胆识******
光量子干涉实物图。图片来自新华社
党的二十大报告在总结十年来的重大科技创新成果时,再一次提到了量子信息。近年来,“墨子号”“九章”“祖冲之号”等一批量子信息领域的成果集中涌现,我国量子科技实现从跟跑、并跑,到部分领跑的重大历史性飞跃,量子科技发展的体系化能力正在稳步建立。
量子力学自1900年诞生以来,打开了人类认识世界的一扇新的大门。第一次量子革命,量子力学催生了晶体管、激光等重大发明。近年来,以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命兴起,极大地影响和改变着人类的生活。
本期科技访谈录,我们邀请到军事科学院量子技术方向学科带头人、国防科技创新研究院前沿交叉技术研究中心副研究员徐馥芳,请他谈一谈神奇的量子世界,展望量子科技发展的宏阔未来。
量子之美,美在未知
记者:习主席在党的二十大报告中,把量子信息列入新时代十年重大科技创新成果之一。量子信息是什么?它和我们经常提及的量子科技有什么关系?如今我国在量子信息领域都取得了哪些重要成就?
徐馥芳:量子信息是量子物理学和信息科学交叉催生的技术领域。它利用微观体系的量子效应,实现信息的高灵敏感知、安全传输和高速处理。量子信息主要包括量子通信、量子计算和量子精密测量等3个典型技术分支。
量子科技是一个更宏观的概念。它指的是量子力学建立后催生和发展起来的一系列科学与技术。随着量子信息技术的发展,量子科技发展进入新阶段,第二次量子革命兴起。这是一次巨大的飞跃,直接或间接改变和提升着人类获取、传输和处理信息的方式和能力。
近年来,我国在量子信息领域取得了很多重大成果。在量子通信领域,我国实现了光纤量子保密通信应用演示与验证的“京沪干线”,成功发射了“墨子号”量子卫星;在量子计算领域,我国实现了“九章”光量子计算原型芯片和“祖冲之号”超导量子技术原型系统;在量子探测领域,我国多个单位研制的冷原子干涉重力测量样机在国际重力比对试验中都取得了优秀成绩,针对水下目标探测的量子磁力探测样机已经针对典型场景开展了测试,等等。
记者:我们知道,量子力学是描述微观物理世界的理论。在您的眼里,又或者说在您的想象里,量子世界有多美?
徐馥芳:量子世界之美,在于它的神秘与未知。在量子的概念提出之前,我们对微观世界的认识,往往基于对宏观世界的理解之上。受到物理学自身限制,我们无法直接观测微观世界,甚至借助光学、电子学显微镜等也只能观测到皮毛。如今,了解过量子测量的我们都知道,量子测量会对被测量子系统产生影响;处于相同状态的量子系统被测量后可能得到不同的结果。这种因果颠倒的试验结果听来近乎玄幻,也是诸多科学家无法用经典物理学理论解释黑体辐射实验的原因。
在量子世界,很多经典物理学中不存在的物理状态变得可能。量子力学直接颠覆了我们对整个世界的认知。一个全新的世界在我们面前徐徐打开,太多的未知等待着我们去探索。这怎能不令人欣喜?
如今,还有许多物理现象难以被我们理解,比如量子隧穿、电子自旋、电子轨道跃迁、单电子自身干涉、测量导致的坍缩、共轭物理量无法同时精确测量(海森堡测不准原理),等等。这些都是量子世界里的一扇扇神秘的“大门”,一旦打开走进去,里面可能是一个更加幽远深邃的“洞天”。
但是,量子世界的神秘,或者说对量子世界的疑惑,并不足以使我们怀疑量子力学。量子力学的一部分已经得到实验验证,基于量子力学发展起来的科学与技术,已经极大地改变了我们的社会,并将继续服务于人类社会生活。
量子概念图。资料图片
对未来世界的影响,将远超你的想象
记者:有句俗话说,“遇事不决,量子力学”。量子似乎已经走进了人们的日常生活,又似乎还很遥远。您怎么看?
徐馥芳:很多时候,我们会觉得量子力学离我们很远。这一略带神秘、略显高深的学科,告诉我们微观世界中存在一些超导、超流、纠缠等神奇的量子效应,一般人很难理解。虽然一直都在说量子科技正在走进我们的生活,但是这一过程,往往以基础科学的形式在起作用。量子力学指导和推动了电子技术和信息技术的发展,但是我们的科学家、工程师和用户并不一定需要对量子力学懂太多。传统的学科还在将技术进一步推向前沿,仍有在不引入量子力学的情况下的进步空间。或者更直白地说,期望改变世界的量子信息技术,目前许多还停留在实验室阶段或者初步应用阶段,有待进一步突破。
另一方面,量子力学其实离我们又很近。我们周围的物质,包括我们的身体和大脑都是由原子分子构成的,它们在微观上遵守的是量子力学的规则。我们享受的现代科技产品,手机、电脑等都是量子力学指导的产物。近年来,随着量子信息技术的快速发展,量子通信、量子计算、量子精密测量领域都取得了一些重大进展,相关的科技产品正在加速走进我们的生活。
当然,我们更需清醒地看到,量子技术在向世界展现出其强大能力和发展潜力的同时,也面临巨大挑战。这其中,不仅有来自对量子态的长时间维持和精确调控等人类改造世界能力的挑战,更牵扯到物理学基础理论等人类认识世界能力的挑战。也许,还需经过漫长的时间,有新材料、新机理等特殊契机出现后,量子技术才能真正向世界显示其威力。
记者:请您设想一下,量子信息技术会给我们的未来生活带来怎样的改变?
徐馥芳:量子信息技术对未来世界的影响,将远超你的想象。在量子信息技术的3个分支中,量子精密测量和量子通信发展得相对成熟,已经从实验室“飞入寻常百姓家”。而难度最大的量子计算,发展仍处于早期阶段,距离商用普及仍有较长距离。我们乐观估计,还要20年以上的时间才能实现。
量子计算是量子信息技术中最综合的一个技术分支,也是对信息技术冲击最大的一个分支。从算盘时代发展到冯·诺依曼架构的电子计算机时代,人类社会发生了翻天覆地的变化。从经典计算机到量子计算机,“量子比特”取代了经典的“比特”,量子计算机在理论上具有秒杀所有传统计算机的计算能力。可以想象,一旦通用量子计算机发展起来,人类社会又将再次经历巨大变化。网络信息安全、大数据和人工智能、化学生物制药、金融工程、智能制造等领域都将因为量子计算机的巨大信息处理能力,发生颠覆性改变。
有没有勇闯科技“无人区”的胆识,决定了我们未来能走多远
记者:在钻研量子技术的道路上,您遇到最艰难的挑战是什么?
徐馥芳:从我的经历来看,最艰难的往往是起步阶段。我们这个团队是伴随着2017年新军事科学院调整组建而成立的一个研究团队,刚刚成立时,团队只有几个人,来自全军不同的单位。我还清楚记得,大家刚来到单位的时候,办公场地都是临时借用的,第一份项目申报书,是在临时租借的宿舍中完成的。但大家都没有被这些现实困难吓倒,科研经费有限,就省吃俭用买设备买器件;团队人才短缺,就想方设法引进、培养青年人才……几年时间过来了,我们的团队已经相对稳定成熟,科研条件有了很大改善,也取得了不少研究成果。
回顾这段从零起步的创业历程,我最大感触是,我们这一代科研人员赶上了一个好时代。在国家高度重视科技创新的大背景下,在党中央和中央军委的相关政策扶持下,在军事科学院良好的科研氛围下,我们团队可以瞄准一个目标,心无旁骛地共同努力。在这种环境下,拼搏也成为内在的自发本能。
记者:您认为,研究量子技术和其他科学技术有什么不同?研究量子技术需要怎样的科学精神?
徐馥芳:由于量子物理的概念与宏观世界完全不同,从事量子技术研究需要经过科学的系统训练,接受其独特的逻辑和技术方法。量子力学是一门完备的、严谨的科学。没经过系统训练,利用学习到的部分量子概念,结合自己的现实经验看待或处理问题,很容易走入歧路,产生错误观点。
现在社会上对量子技术存在着两种极端理解:一种是认为量子技术是骗子技术,所有的都是假的,不认可量子力学的正确性,或者认可量子力学但不认可量子技术;另一种认为量子技术是万能的,会彻底颠覆现在的电子技术和信息技术。这两种理解毫无疑问都是错误的。量子力学是一门基础学科,我们需要理性认识基于量子力学发展起来的量子技术,尤其是方兴未艾的量子信息学。它是一门全新的交叉学科,它的发展将成为我们传统信息技术的有力补充,并成为信息技术深化发展的基础。
从我长期从事量子技术的经历来看,我认为,研究量子技术,一是需要科学严谨的态度,能够严格依据量子理论进行推理和验证,进行试验设计和现象解释;二是需要前瞻的洞察力,量子世界的现象和规律与我们熟悉的经验世界完全不同,对研究中碰到的问题,必须敢于大胆假设,勇于创新,小心求证;三是需要持之以恒的韧劲,在研究量子信息技术时,科学难题和工程技术难题同在,很多时候在短期内都难以出重大应用成果。中国古人常讲“十年磨一剑”,但在这个领域,有可能十年都难磨一剑,所以必须沉下心来埋头苦干。
在科学研究上,有时看似下的是慢功夫,实则走的是快车道。量子技术是一门非常前沿且深奥的学科,目前虽然已经有了一些研究成果,但还有更多的“无人区”等着我们去探索。当我们与世界同行站在同一起跑线上,有没有勇闯科技“无人区”的胆识,决定了我们未来能走多远。
文字整理:张志华
课堂内外,他们用思想的力量凝心铸魂******
【新时代新征程新伟业】
课堂内外,他们用思想的力量凝心铸魂
——广大高校师生推动党的二十大精神“学起来”“讲起来”“用起来”
光明日报记者 周世祥 姚晓丹 刘博超
“通过邀请好友赛、双人赛、四人赛等形式,可以解锁答题勋章、抽取幸运奖品,以赛促学,形式灵活。在比赛过程中,不仅增进了同学间的友谊,更加深了对党的二十大报告和党章的理解。”靠着自己的实力“通关”后,北京理工大学外国语学院硕士研究生王禄玺表示。据悉,为引导广大青年学生深入学习党的二十大报告和党章,11月21日至12月30日,北理工面向全体学生开展“学习党的二十大精神”网络知识竞赛,引发了学生的广泛关注和参与。
“学起来”“讲起来”“用起来”……冬日的高校校园寒意袭人,但在教室里、广场上、党旗下、屏幕前,一次次“开讲了”点燃的是青春的热情,一次次“深入学”启迪的是智慧的头脑,投身科研、躬耕教学、精于专业建设,高校师生们用奋斗检验着学懂弄通的成果,将党的二十大报告中的真知灼见带入“双一流”建设和新时代教育高质量发展改革中,砥砺青春,踔厉奋发,勇毅前行,书写属于时代的新篇章。
“学起来” 直击理论热点,学懂弄通做实
5分钟,也许只是喝一杯水、看一篇新闻、聊两句家常的时间,在大学生活中可能很“碎片化”“不起眼”。但是在中国政法大学,5分钟可以上完一节有趣有益的“微党课”。
“最美课堂”获得者黄东,国际法学专家霍政欣,党史专家胡尚元、吴韵曦……这些“超豪华”的教师阵容共同组成了《法言微语二十大300秒微党课》,5分钟时间,一两个关键词,学校用“小而精”的微课堂带领师生学懂弄通党的二十大精神。
什么是中国式现代化?如何全面贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想?如何弘扬伟大建党精神?一个个重要的概念和知识点在老师们的讲述中深入浅出,潜移默化地让学生听懂、记住,筑牢思想根基。10月16日至今,中国政法大学党委组建二十大宣讲团,组织多次专题理论学习和宣讲,除了《法言微语二十大300秒微党课》之外,党的二十大“融宣讲”专栏,思政教师讲党课、“百场青春思政课”系列专题思政教育活动、青春讲师团“青椒思政小课堂”专场系列宣讲,“二十大和我的人生路”主题党团日活动等,共同组成了“融宣讲”格局,并充分利用文字、图片、视频等形式,线上线下相结合,打造校报、微信、微博、新闻网、社会媒体等各类媒体平台互联互通互动的融媒体矩阵,增强党的二十大精神宣传和理论学习的针对性、吸引力、实效性。
除了来自教师的讲述,中国政法大学还营造了朋辈间的“共同学习”“共同进步”氛围。在“扬帆正当时 是友亦为师”朋辈系列宣讲中,围绕学习宣传党的二十大精神,7位法大学子作为朋辈讲师,为同学们分享了他们个人独特的经历与成长的故事,把法学的基本理念融入个人成长的经历中,让同学们对党的二十大精神理解更透彻。
为了系统深入学好百年党史,北京理工大学机车学院硕士生邹雨初和“跨专业”团队小伙伴们最近致力的一件事,是把党史知识打造成一个知识图谱。
“运用深度学习捕捉数据方式、图谱化的呈现形式,我们提炼出来人物、事件、组织、旧址、文献这5类单元实体,通过把这5类单元实体进行整合,总结出了党史学习专业领域的14种相关关系,例如‘人物—事件’等等,并通过这一套单元实体、相关关系搭建出一个基础的自然语言处理的网络。我们用知识图谱加自然语言处理展现学习内容的方式,打造了‘知识图谱+党史’学习平台。”邹雨初表示,平台今后将向高校学生、文史领域爱好者研究者等敞开大门,将党史领域主观的“关系”数据化、可视化,搭建起知识之网,让党史学习教育的深度和广度得到拓展。
“讲起来” 强化精神指引,增强理想信念
除了“深入学”,各大高校近日也在以丰富多彩的形式,结合师生学习工作实际,开展参观、朗诵、答题等活动,将党的二十大精神传达好、领悟透。
在北京航空航天大学航空科学与工程学院,21级硕士生党支部开展联合主题党日活动,前往国家博物馆参观“人格的力量——中国共产党人的家国情怀”主题展览。170余件各个历史时期中国共产党党员的手稿、家信、遗书等珍贵文献以及各类实物,包括李大钊的《狱中自述》、何叔衡在长征出发前夕送给林伯渠的毛衣、方志敏嘱托胡逸民把手稿带出监狱的亲笔信、王继才夫妇在开山岛守岛时升起的国旗、钟南山赴武汉的高铁票等呈现在学生面前。
“每件展品都饱含中国共产党人不畏艰险、不惧牺牲、不懈奋斗的家国情怀,我们青年党员应该传承革命精神,汲取先辈们的人格力量,奋发有为,以‘赶考’的清醒和坚定答好新时代的答卷。”北航学生纷纷有感而发。
为迅速掀起学习宣传贯彻党的二十大精神热潮,激励广大师生凝心聚力,踔厉奋发,对外经贸大学举办了“喜庆二十大 建功新时代”主题朗诵大赛。主题朗诵以惠园诗社的诗《山村喜事》开场后,来自该校各分工会的19支参赛队伍倾情演出。《红船的方向》展现了对伟大建党精神的深情诠释,《我心中那面神圣的旗帜》凝聚起全体党员对党的赤诚,《月光下的中国》《亲爱的党》等朗诵更是以丰富多彩的形式表达着青年学子对祖国最深沉的热爱,与党同呼吸、共命运、心连心的真挚情感。
“诗歌朗诵会是一场生动有效的党课,也是一次别开生面的大思政课。各个学院、各个职能部门都把党的二十大新思想、新提法、新表述及时且深刻地表达出来,从党史、新中国史、改革开放史、社会主义发展史、中华民族发展史中汲取营养,给大家进行了一场深刻的思想教育。”对外经贸大学校长夏文斌说。
“把党的二十大精神学习与知识竞赛有机结合,可以使广大教师在挑战与竞答中深刻领会和把握党的二十大的精神实质和丰富内涵,既增强了建设社会主义现代化强国的理想信念,同时也明确了建功新时代、奋进新征程的行动指引。”北京理工大学马克思主义学院青年教师张虹谈道。11月21日至30日,学校面向全校教职员工,组织开展了“喜庆二十大 奋进新征程”线上知识竞赛,活动获得了教职员工的好评。
“用起来” 统筹三大战略,服务重大需求
党的二十大报告中统筹教育、科技、人才发展,科教兴国、人才强国、创新驱动发展战略,记者注意到,在不少高校,科研更立足于国家社会发展重大需求,攻关更具前沿性、引领性的课题项目;科技赋能育人以新的想象空间,让拔尖创新人才成长土壤更为肥沃。
汽车能在天上飞了?11月17日,北京理工大学、北京理工大学重庆创新中心、酷黑科技(北京)有限公司与重庆市联合发布了项昌乐院士团队研发的全球首款载人级两座智能分体式飞行汽车工程样车,可实现人员、货物空地转运的无缝衔接,具备更大的灵活性。飞行汽车技术负责人、机械与车辆学院副院长王伟达教授表示,党的二十大报告为科技工作者指明了前进方向,在科技强国、交通强国战略和未来立体交通装备重大需求指引下,团队加强“原创性引领性科技攻关”,工程样车研制与试验验证近期取得关键进展。下一步,团队将加快推进成果转化和示范运行,将科技创新书写在新型立体城市空间中。
学生对上课内容如果有问题,或者愿意深入学习,不用加好友,随时可以在线“@”老师;上课如有知识点没听懂,可以随时回看课程视频;检验学生上网课知识掌握情况,教师可“一键”生成题目,随时发起测试,方便快捷。这就是“延河课堂”上线后北理工师生们的真实体验。
“一是打破了物理空间限制,北理工不少研究生,有时需要外出参加一些科创比赛,可能就会错过一两节课程,运用延河课堂可以随时随地学习;二是破除了时间的限制,在考前复习时方便及时查漏补缺;三是PPT有实时投屏功能,即使坐在后排也不用担心PPT字小看不清、拍不到了。”邹雨初表示。
“今后,我们还将推动‘数字图谱’建设,比如高等数学,从最开始微积分到复变函数,是一串知识点,我们把知识点串起来,构成了属于这个科目的一张知识网。这个环节打通以后,学生们想学什么知识点、整体脉络如何,都可以看到,一目了然。对于教师而言,更能准确定位所教知识和学生已学内容、今后深造方向的关系,对课程的重点把握得更好;对于专业责任教授、教学管理部门来讲,可以更好了解到整个专业的毕业要求有无全面覆盖这些知识内容,进一步优化课程体系。”北京理工大学教务部副部长肖煊表示。
“北理工基于智联网技术框架重塑‘人机物环’关系,构建三维空间与时间及知识两个维度协同融合的‘五维教育’,全面构建全人化人才培养图谱,通过构建素养图谱、知识图谱、能力图谱、素质图谱,四谱合一,重塑教育生态、赋能教育教学,推动全人化人才培养在内容、手段、模式、体系等方面的综合变革。”校党委书记张军表示,“党的二十大之后,北理工还要继续建设好智能化教学管理与服务平台,利用现代技术加快推动人才培养模式改革,实现规模化教育与个性化培养的有机结合,推进数字化人才培养,把数字资源的静态势能转化为教育改革的强大动能。”
《光明日报》( 2022年12月27日 07版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)